經(jīng)過對(duì)土壤母質(zhì)的分析,大量研究認(rèn)為土壤中的土壤Al、Mn、Ni、Cr等元素主要來(lái)自自然界中的風(fēng)化、變質(zhì)等物理化學(xué)過程,由于土壤母質(zhì)地質(zhì)時(shí)代的變化,不同元素之間的豐富可能會(huì)有所不同,如Al,Mn它被認(rèn)為是最古老的地質(zhì)巖石,如古代和中生代,Ni、Cr來(lái)自于上新世松散沉積等地質(zhì)區(qū)。Pb、Hg、Cd重金屬元素的分布主要與人為活動(dòng)因素有關(guān)。
隨著城市化和工業(yè)化的快速發(fā)展,采礦、冶煉等工礦企業(yè)排放的三廢物、煤炭、石油等礦物燃料的燃燒以及農(nóng)藥、化肥的過度使用,重金屬通過各種方式進(jìn)入土壤。由于重金屬不能被微生物降解,難以消除,在一定程度上積累土壤會(huì)毒害土壤植物系統(tǒng),導(dǎo)致土壤質(zhì)量退化、作物產(chǎn)量和質(zhì)量下降,惡化水文環(huán)境,隨著食物鏈逐步擴(kuò)大,危害人體健康。
目前,國(guó)內(nèi)外常用的土壤重金屬處理方法主要包括物理、化學(xué)和生物法,以及土壤重金屬污染治理,思路已由將重金屬完全去除轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)行基于風(fēng)險(xiǎn)控制的策略。采用化學(xué)鈍化修復(fù)技術(shù),通向重金屬污染土壤在土壤中添加鈍化劑改變重金屬的存儲(chǔ)形式,主要目的是將重金屬?gòu)纳镉行愿叩目山粨Q狀態(tài)和碳酸鹽結(jié)合狀態(tài)轉(zhuǎn)化為生物有效性低的有機(jī)結(jié)合狀態(tài)和殘?jiān)鼱顟B(tài),降低其生物有效性是控制重金屬污染土壤的有效途徑之一,該技術(shù)具有處理時(shí)間短、經(jīng)濟(jì)低、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。
常用的化學(xué)鈍化劑主要有無(wú)機(jī)、有機(jī)、微生物和新型復(fù)合材料。無(wú)機(jī)鈍化劑主要包括粘土礦物(泡沫石、沸石、膨潤(rùn)土、高嶺土等)、工業(yè)副產(chǎn)品(粉煤灰、飛灰、石灰、赤泥、硅粉、石膏等)、磷酸鹽、金屬氧化物(過磷酸鈣、磷礦粉、鈣鎂磷肥、羥基磷灰石、磷酸鹽、氧化鎂等);有機(jī)鈍化劑主要包括動(dòng)物糞便、秸稈、生物炭、黑炭、城市生活污泥等;微生物鈍化劑主要包括根、還原菌等;新型復(fù)合材料主要包括改性材料、無(wú)機(jī)有機(jī)材料、納米材料等。由于土壤固有基質(zhì)的復(fù)雜性,以及重金屬污染土壤中的大多數(shù)重金屬共存形成復(fù)合污染,在重金屬、重金屬和土壤界面之間有復(fù)雜的相互作用。因此,在選擇不同類型土壤中的重金屬時(shí),鈍化效果也有所不同。然而,大多數(shù)研究只修復(fù)某種重金屬,同時(shí)鈍化和同步修復(fù)各種重金屬污染土壤報(bào)道還少。
土壤中重金屬與鈍化劑之間的物理化學(xué)反應(yīng)可以調(diào)節(jié)和改變土壤中重金屬的存在,主要是為了降低重金屬的生物有效性,然后降低重金屬對(duì)植物和人體等生物受體的毒性,從而達(dá)到修復(fù)和污染土壤的目的。一般來(lái)說,不同形式的重金屬的生物有效性差異較大,相互關(guān)系密切。重金屬形態(tài)與生物有效性之間的關(guān)系一般表現(xiàn)為可交換狀態(tài)>碳酸鹽結(jié)合>鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)>有機(jī)結(jié)合態(tài)>殘?jiān)鼞B(tài)。而重金屬的生物有效性,主要是指植物能夠吸收利用的那部分,相對(duì)于重金屬的分級(jí)形態(tài)來(lái)說,可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合的有效性最高,鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)次之,有機(jī)結(jié)合態(tài)有效性較低,而殘?jiān)鼞B(tài)對(duì)植物而言幾乎無(wú)效。
坡縷石、鋼渣、磷礦粉在20%的濃度下可顯著降低土壤中5種重金屬Pb、Cu、Zn、Cd、As的生物有效態(tài)含量。
鈍化劑可以減少植物易吸收的可交換態(tài)和碳酸鹽的結(jié)合,增加難吸收的殘?jiān)?0%的磷礦粉可以使殘?jiān)鼱顟B(tài)Pb、Cu、Zn鈣砷顯著增加,使可交換態(tài)Cd和Zn碳酸鹽結(jié)合Zn顯著下降;20%的鋼渣使可交換態(tài)Cd、Zn鐵砷明顯下降,殘?jiān)鼱顟B(tài)Cu、Zn顯著增加;20%的坡縷石使殘?jiān)鼱顟B(tài)Pb、Zn可交換態(tài)顯著增加Pb、Cd顯著下降。
在四種鈍化劑中,木炭和坡縷石具有較大的比表面積和孔容量,主要用于重金屬鈍化機(jī)的吸附和表面復(fù)合;雖然鋼渣和磷礦粉的比表面積和孔容量較小,但較高pH重金屬的鈍化機(jī)制主要是化學(xué)沉淀。